制冷技术应用与节能第一讲

《制冷技术应用与节能》

第一讲制冷技术原理及应用介绍

主讲人：甘念重武汉理工大学能源与动力工程学院

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课程主要内容及安排第一次课（第10周）：①制冷技术原理及应用介绍（2学时理论）；②家用冰箱与空调装置的节能方法（1学时研讨）；第二次课（第11周）：③家用小型制冷设备（冰箱及空调）的结构认识实验（1.5学时实验）；④制冷主要设备（制冷压缩机、膨胀阀、供液电磁阀等）的结构认识实验（1.5学时实验）；第三次课（第12周）：⑤余热及太阳能在空调制冷工程中的节能研究（2学时理论）；⑥热电制冷的工作原理及应用讨论（1学时研讨）；第四次课（第13周）：⑦吸收式制冷空调装置的系统认识（2学时实验）；第五次课（第14周）：⑧复叠式低温制冷与结冰实验（1学时实验）；⑨制冷压缩机的性能测试实验（2学时实验）；第六次课（第15周）：⑩相关理论及实验问题大讨论（2学时研讨）。当前2页，总共47页。

课程其它注意事项一、课程时间及地点安排1、理论和研讨课程的上课地点定在航海楼5-505（第5教学楼）2、其它实验课的上课地点都在航海楼制冷实验室（航海楼一楼）；3、上课的时间定为每周五下午的16:00-18:25（7、8节）;4、时间和地点有变动会提前通知。二、课程考核要求1、上课考勤——占总成绩30%；2、问题讨论——占总成绩30%；3、总结报告——占总成绩40%。三、参考文献1、吴业正，制冷原理及设备，西安：西安交通大学出版社，2005；2、辛长平，溴化锂吸收式制冷机实用教程，北京：电子工业出版社，2004；3、袁秀玲，制冷与空调装置，西安：西安交通大学出版社，2000。QQ群：310645225当前3页，总共47页。一、制冷发展简史

人类最早的制冷方法是利用自然界存在的冷物质－冰、深井水等。我国早在周朝就有了用冰的历史。到了秦汉，冰的使用就更进了一步，据《艺文志》记载：大秦国有五宫殿，以水晶为柱拱，称水晶宫，内实以冰，遇夏开发。这实质是我国最早的空调房间。

1755年爱丁堡的化学教师库仑利用乙醚蒸发使水结冰。他的学生布拉克从本质上解释了融化和气化现象，提出了潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。

1834年发明家波尔金斯造出了第一台以乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机，并正式申请了英国第6662号专利。

1844年医生高里用封闭循环的空气制冷机为患者建立了一座空调站，空气制冷机使他一举成名。

1875年卡利和林德用氨作制冷剂，从此蒸气压缩式制冷机开始占有统治地位。

1910年左右，马利斯·莱兰克发明了蒸气喷射式制冷系统。 当前4页，总共47页。一、制冷发展简史1820年--人造冰首次在实验室中制造出1824年--揭示吸收式制冷原理1834年--人造冰的生产开始 1855年--制造出吸收式制冷装1890年--小块人造冰面市 1910年--家用机械冰箱出现 1913年--造出第一台手动家用冰箱

当前5页，总共47页。二、制冷的定义制冷就是从某一物体或空间吸取热量，并将其转移给周围环境介质（水或空气），使该物体或空间的温度低于环境的温度，并维持这一低温的过程。单位时间内从低温物体或空间吸收的热量称为制冷量。用于完成制冷过程的设备综合体称为制冷机或制冷装置。用于存放低温物体的空间称为冷藏室或冷库。制冷是从物体及其周围移出热量以造成并维持其一定低温状态的技术。当前6页，总共47页。1、对流对流：就是热量穿过流体（液体或气体）传热的三种方式当前7页，总共47页。2、传导传导：就是热量在内部流动或者穿过另一个导体。当前8页，总共47页。3、辐射热量传递不需要任何材料作为载体。当前9页，总共47页。绝缘物绝缘物：阻碍热的流动。当前10页，总共47页。三、制冷技术的应用空调工程：家用空调、集中空调、空调冷水机组、空调设备;食品工程：冷库、家用冰箱、冰柜、冷藏陈列柜等；

机械与电子工业：工业的许多生产过程需要在低温下进行；农业：种子贮存以及育苗等；医疗卫生事业：血浆、疫苗及某些特殊药品的低温保存；国防工业和现代科学：人工降雨；在高寒地区使用的发动机、汽车、常规武器的环境模拟试验等。当前11页，总共47页。三、制冷技术的应用

1、交通运输行业（1）船舶领域：LNG和LPG船舶的重要设备（货物液化的关键系统），冷藏船上的重要设备（货物的冷藏与冷冻），普通货轮上的重要辅助设备（船舶中央空调、船舶伙食冷库）。当前12页，总共47页。三、制冷技术的应用

1、交通运输行业（2）汽车冷藏运输领域：食品冷藏运输的重要设备。当前13页，总共47页。三、制冷技术的应用

1、交通运输行业（3）航空航天领域：是人、机环境控制的重要组成部分。当前14页，总共47页。三、制冷技术的应用

2、家用电器行业当前15页，总共47页。三、制冷技术的应用

2、家用电器行业当前16页，总共47页。三、制冷技术的应用

3、工业制氧行业当前17页，总共47页。三、制冷技术的应用

4、其它应用当前18页，总共47页。四、制冷的主要方法1、冰制冷—一利用天然冰或人造冰溶解时吸收热量，以造成低温。此方法虽然简单，但却无法对冷藏温度进行精确调节。此外，由于冰的溶化，还会使货物潮湿，而大量水分的存在也助长了微生物的繁殖，因而冰制冷仅用在不怕受潮的货物及鱼类的冷冻。2、机械制冷一不论外界气温如何，可获得所需的低温，并保持不变，故在实际生活中得到广泛应用．根据其工作原理不同，可分为压缩制冷、吸收制冷、蒸汽喷射制冷和热电制冷（即半导体制冷）等．目前以压缩制冷应用最为广泛，故后面将着重予以叙述。当前19页，总共47页。五、蒸气压缩式制冷的基本原理我们知道，在一定温度下，将1kg质量的某种液体全部汽化，所需的热量的多少，称该液体在该温度下的汽化潜热。任何液体在其蒸发时，均吸收大量的汽化潜热。例如1kg质量的水，在100℃时全部汽化，需供给539千卡热量的汽化潜热、根据这一规律，我们选择一种汽化潜热值更大的，且能在低温下蒸发吸热的氟里昂作为制冷剂，液态氟里昂12（R12）在一个标准大气压下，汽化温度为-29.8℃，在节流降压作用下送入冷库内的蒸发器盘管内蒸发，可吸收大量的汽化潜热，降低冷库内食品的温度，达到制冷的目的。为使汽化后的汽态冷剂回收为液体，再次进入冷库汽化吸热，造成冷库内食品的长期低温；且使冷库蒸发器的盘管内保持的恒定的低压，这就需要一个完整的工作循环，即压缩式制冷系统。当前20页，总共47页。蒸气压缩式制冷装置是由压缩机、冷凝器、膨胀阀（或毛细管）和蒸发器这四个最基本的设备组成的相互连接而又密闭的系统，如下图所示。当前21页，总共47页。制冷循环冷凝盘管蒸发盘管压缩机液态冷媒控制装置当前22页，总共47页。①⑤④③②制冷循环当前23页，总共47页。－30℃大气+30℃+40℃－16℃－30℃低温饱和气体低温过热气体蒸发器膨胀阀电磁阀视镜过滤器冷凝器过热（过冷）器当前24页，总共47页。在整个制冷循环过程中：压缩机起压缩和输送制冷剂蒸汽和维持蒸发器内低压的作用，它是系统的心脏；节流阀的作用是对液态冷剂节流降压和调节流进蒸发器的冷剂量；蒸发器是输出冷量的设备，冷剂借其与被冷却物进行热交换；冷凝器为输出热量设备，蒸发器吸收被冷却物的热量及压缩机消耗的功所转化的热量，经冷凝器被冷却介质带走。制冷循环中，压缩机所消耗的功起补偿作用，使制冷剂不断从低温物质中吸热并向高温介质放热，完成整个制冷循环，可见，制冷循环是由汽化、压缩、冷凝和节流四个过程组成的。制冷循环当前25页，总共47页。制冷机组当前26页，总共47页。热泵机组当前27页，总共47页。制冷站当前28页，总共47页。制冷机组控制界面当前29页，总共47页。六、冰箱的制冷原理（1）冰箱的制冷系统组成：压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管、蒸发器、制冷剂及管路附件等。当前30页，总共47页。1、压缩机(组)：属于全封闭式(图1),压缩机为活塞滑管式;产生高温高压气态工质,为制冷循环提供动力。（功率约110W,噪声≤60dB）2、冷凝器：①释放系统中的热量；②使制冷剂从气态→液态，所以应保持冰箱两侧及后部有10-15cm的距离，保证良好的散热。3、干燥过滤器：防止产生“冰塞”和“脏堵”等故障。4、毛细管：内径0.5-1.0mm，长度约为2-4m的细紫铜管构成。其作用是：①节流降压；②维持冷凝器中的压力。5、蒸发器：为铝板吹胀式(还有翅片盘管式等)。作用是：液态制冷剂吸热汽化，使冰箱内部降温。6、制冷剂:为R12(CF2Cl2),属于中温制冷剂,溶油性好，溶水性差，1atm下的蒸发温度为-29.8℃,临界温度为112.04℃。其代替制冷剂为R134a(1atm下的蒸发温度为-26.16℃,临界温度为101.1℃),根据地1987年加拿大≤蒙特利尔议定书≥的规定,发展中国家2010年停止生产FCS(含氯氟烃-碳氢化合物的卤族衍生物),改为HFC.ODP-臭氧层破坏系数;GWP-温室效应系数.当前31页，总共47页。（2）冰箱的电气控制系统组成：单相电机、温度控制器、启动器（PTC或重锤式）、过电流热保护器、照明灯及开关。∽220v温控器过电流热保护器PTC门灯开关照明灯运行绕组启动绕组当前32页，总共47页。1、启动器：保证压缩机的正常启动（单相电机有启动绕组和远行绕组之分），200升的冰箱启动电流为6～10A，正常运行为1-1.2A。2、温控器：控制压缩机的启停，保证正常的制冷温度。温控器旋钮上的数字是：越大控制温度越低（旋钮控制同轴的偏心软）；因而不同季节应放在不同的位置。3、过电流热保护器：①防止过电流的产生（对瞬间断电也能起到延时保护作用）；②防止压缩机高温（一般≤90°，防止压缩机长期不停机）（3）冰箱箱体及附件：箱体外壳一般用钢板制成，内壁用ABS工程塑料，外壳与内壁之间充注了发泡隔热层。箱门内壁四周装有磁性密封门条。当前33页，总共47页。七、冰箱型号简介（以国产型号为例）（1）家用冰箱分类：A、按制冷系统的原理：蒸汽压缩式、蒸汽吸收式、半导体制冷B、按门数可分：单门→带1/5冷冻室、双门、多门C、按用途可分：冷藏箱（0-10℃）、冷藏冷冻箱（0-10℃、-12-18℃）、冻结箱、冷冻柜<-18℃(冷冻箱门向上开启-卧式)D、按有无霜分：直冷式（有霜）；间冷式（无霜-注意并不是不结霜）直冷式：冷冻室（蒸发器）；冷藏室（蒸发器）都是空气自然对流式。间冷式：合用一个蒸发器，用电风扇强制换热。用电热丝加热方法自动定时除霜。融霜：时间继电器→定时；电动机工作时间→积算式。当前34页，总共47页。（2）家用冰箱型号：（GB8059）例如：BCD-210A□□-□□□□:B-冰箱的冰的第一个字母□:冷藏C；冷藏冷冻CD；冷冻D□:有效容积（L）□：无霜注（W），有霜不注□：改进设计的序号当前35页，总共47页。（3）家用冰箱星级的含义

级别符号冷冻室温度（℃）食品贮藏期限(天)

一星级*不高于-67

二星级**不高于-1230

三星级***不高于-1890

四星级****不高于-1890

俗称的四星级冰箱并不是真正的四星级冰箱（冷冻室温度不高于-24℃），可以称为是高三星级冰箱，识别标志为框中三星与底色不同的另一星并行排列，其中表示冷冻室温度不高于-18℃，另一星则表示有冻结能力。冷冻箱和双门或多门冷冻冷藏箱多为高三星级。当前36页，总共47页。八、家用空调的介绍（1）家用空调的分类1、按功能分：单冷装置；热泵装置；电热型；热泵辅助电热型等2、使用电源分：三相；单相3、按型式分：窗式（挂壁式、落地式）；分体式（一拖一、一拖二、一拖三）（2）空调器型号简介例:空调机器型号：KFR-25G□：K□：C；F；CS窗式竖形□：功能代号：单冷省；热泵R；电热型D；热泵辅电Rd□：名义制冷量=□×100（W）□：分体式室内机代号：G→壁挂式；L→落地式；D→吊顶式；Q→嵌入式当前37页，总共47页。（3）空调的主要指标温度：（夏：25℃-27℃；冬：19℃-25℃）湿度：50%-70%空气流速（速度）：0.25-0.5m/s空气洁净度：臭氧发生器等（4）家用空调器中“匹”的含义空调的匹是指制冷量而言，大约在2300W-2500W，各个厂家给定时会有不同，对输入功率应按样本上选定。

当前38页，总共47页。（5）空调的主要部件1、压缩机（组）2、冷凝器3、毛细管4、蒸发器5、制冷剂为R22（理想替换工质为R407C）6、电磁换向阀的工作原理通过电磁力的作用，推动主阀芯动作，在一固定位置分别接通蒸发器（或冷凝器），起到制冷（或制热）的作用。7、关于压缩机组吸入端气液分离器的作用：①气液分离，防止产生液击。②起吸气消声的作用。8、空调器的离心风扇→降温降湿；空调器的轴流风扇→尽快排除热量去大气。当前39页，总共47页。当前40页，总共47页。九、家用冰箱、空调的能效标识（ChinaEnergyLabel）

在我国目前电力严重短缺的情况下，人们已经越来越认识到节能的重要性，有意识地购买相对更节能的家电产品，众多企业也纷纷推出节能产品以回应市场需求。但是，面对市场上五花八门的所谓节能家电，作为一个普通消费者，该如何进行鉴别和比较呢？即将正式实施的能效标识就为消费者解决这一难题提供了有力的帮助。2004年8月13日国家发改委、国家质量监督检验检疫总局联合颁布《能源效率标识管理办法》，04年11月国家发展改革委、国家质检总局和国家认监委制定并发布了《中华人民共和国实行能源效率标识的产品目录（第一批）》、《中国能源效率标识基本样式》、《家用电冰箱能源效率标识实施规则》和《房间空气调节器能源效率标识实施规则》。自2005年3月1日起，已经率先从冰箱、空调这两个产品开始实施能源效率标识制度。目前，已有37个国家和地区实施了能效标识制度，取得了显著的节能、环保和经济效益。

当前41页，总共47页。能源效率标识（以下简称能效标识）是附在耗能产品或其最小包装物上，表示产品能源效率等级及性能指标的一种信息标签。目的是为用户和消费者的购买决策提供必要的信息，以引导和帮助消费者选择高效节能产品，从而影响耗能产品设计和市场销售，以促进产品能效的提高和节能技术的进步。

截止2005-11-21，共132家空调、电冰箱企业对其产品进行备案。其中空调厂家61家共3950个型号通过备案审核，冰箱厂商71家共2168个型号通过备案审核。在已通过备案的空调中，1级型号105个，占2.7%，最高能效比为4.72；二级195个，占4.9%；三级149个，占3.8%；四级678个，占17.2%；五级2822个，占71.4%。在已通过备案的电冰箱中，1级804个，占37.1%；2级668个，占30.8%；3级409个，占18.9%；4级119个，占5.5%；5级168个，占7.7%。目前，家用空调器和电冰箱产品能源效率标识基本样式为蓝白背景的彩色标识。标识的名称为：中国能效标识（英文名称为ChinaEnergy